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中国为什么要上天

2020-11-26 15:19天文航天 人已围观

简介10月24号4点30分探月工程嫦娥5号探测器发射成功,开启我国首次地外天体采样返回之旅。那么问题就来了,为什么我们要上月球,为什么我们要放卫星会。...

        10月24号4点30分探月工程嫦娥5号探测器发射成功,开启我国首次地外天体采样返回之旅。这是中国航天领域迄今为止最复杂难度最大的任务之一。经过60多年的沉淀,中国的航天产业终于也在慢慢抬头,迎来仰望星空的岁月。从2007嫦娥1号开启中国历史上首次月球探测工程,到2010年嫦娥2号全球首次成功捕捉到小行星图塔蒂斯照片,到2013年,嫦娥3号成功地在月球正面登陆。到2019年,嫦娥4号实现人类探测器第一次登陆月球背面,中国的探月嫦娥计划不知不觉已经进行了16年时间。
        尽管最初的很多年里面,我们一直在默默的补短板。但是近年来中国连续突破了月球正面着陆探测进第二宇宙速度,月底返回月球背面登陆探测等等一系列世界级的月球探测工程难题。慢慢走上一条跟美苏完全不同的空天发展道路,也逐渐迈过了发展函数的一个拐点。可以说中国的航天产业正在经历产生中央重视到民间投资两股力量的上下联动。在中央顶层设计方面,从2014年开始,中国就相继出台了《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》、《关于加快推进“一带一路”空间信息走廊建设与应用的指导意见》、《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》等多项鼓励行业发展的政策。

        而在民间投资层面,2015年至2019年,我国的商业航天市场规模逐年攀升,从2017年开始,每年的增速都在22%以上。在短短的5年时间,市场规模就从3760亿发展到了8360亿。而摩根士丹利更加预测未来20年全球的太空经济将会增长到一万亿美金以上。如果不出意外,未来10年整个中国的航天产业会跨入一段史上最好的黄金年代。那么问题就来了,为什么我们要上月球,为什么我们要放卫星会。为什么你说中国年轻人现在还在烦恼钱不够花呢?还有这么多的欠发达地区,还有6亿人,每个月收入才到1000元人民币呀,我们却还要投入巨资去发展航天产业呢。
        知乎的科普作家"绵恬纯粹的悲悯"曾经深入的回答过我们这个问题。他举例说当年NASA 为了获得更清晰的月亮照片,让喷气推进实验室开发了一种名为数字影像处理的技术。而这项技术后来就成为了核磁共振和CT诞生的技术基础。在星际穿越里面,主角Cooper 跟学校的对话里面也提到了这件事情。除了核磁共振CT还有很多其他的发明,比如记忆海绵,最早就是NASA 为宇航员进行太空施行而设计的保护垫。婴儿的尿不湿最初是为了解决宇航员在太空中无法如厕的问题而开放,还有方便面的脱水蔬菜包,其实源自于航天员食品中的真空脱水技术。那如果再进一步,我们发现空天产业对世界的影响远不止于此。

        其实美国NASA 在上个世纪60年代高速发展和阿波罗登月计划的成功,是对全世界科技爱好者的一次灵魂洗礼的一次。没有拉萨哈巴布鲁计划计算机革命可能会延后10年到20年才发生。2010年全球科技大半个世纪的美国硅谷也可能不会出现从比尔盖茨到乔布斯,从贝佐斯到马斯克一整代的科技精英,其实都是在NASA的启蒙下才得已涌现的。如果从这个角度没有冷战导致的美国航天产业大爆发,就没有美国高科技产业的今天。而中国的航天产业发展在未来同样会产生大量的科技成果益处。比如说太空生命科学事业的开展就可能对我们在生育种和新药研发这两个万亿规模的市场,它的研发创新实力产生革命性的影响。再比如太空量子通信,同样对中国巩固这个领域的领先地位有着巨大作用。比如中国之前发射全球第一颗量子通信卫星墨子号其实就已经取得了一系列世界级的技术突破。相信中国未来十五年对航天产业的持续加码,会对整个中国的科技产业都产生不小的助力。
       其实优质空间资源它本身就是非常稀缺的战略资源。别的国家先占领了,中国就占不了,这是一个典型的先发优势明显的领域空间资源竞赛中国是不能输在起跑线上了。从几年前开始,新的一轮全球空间资源竞赛就已经按下启动键了。虽然说在争夺月球和火星这样的空间资源上还为时尚早,但是有一个战场就已经悄悄开启了,它就是低轨道卫星通讯竞赛。这低轨道的意思很简单。就是轨道高度在500到2000公里的距地面最近的卫星轨道,那跟它对应的有个中轨道,它的高度在10000到20000KM,还有一个高轨道,又称静止轨道卫星。高度在35786KM及以上。在这三种轨道里面只有低轨道,它是具有高稳定性,低时延不依赖地面设施和轻量化终端这四大优点。也就是说低轨道的商业应用前景是最大的。

        比如说低轨道卫星就利用在车联网、天基物联网、不发达地区的卫星互联网,还有面向未来的航天互联网等等领域。而其中最关键的应用领域是通讯领域。一方面它能补足现在5G覆盖的短板。另一方面,它还可能成为未来6G通讯竞赛的新赛点。现在地球上实际上还有很多地方无法联网的。比如说在飞机上、海洋上、荒漠戈壁上等等等等。这些地方的通讯都是可以通过通讯卫星来低成本解决的。如果说5G解决的是大带宽、低时延和广连接的三大问题。那么未来6G 产业的一大进步应该就是强覆盖了。而在高稳定和低时延的前提下,能够大幅提升强覆盖能力,恰恰就是低轨道卫星的杀手锏。你就想想,经过了多年的积累,在五局竞赛上,中国终于第一次有能力掌握一定的主导权了。这还没有开始享受革命成果了。就发现未来的6G竞赛结局已经被提前锁定了。辛辛苦苦取得的优势,未来还得全部还回去,这谁受得了。所以第一轨道竞赛中国是必然要重点发力。而且之所以说是竞赛,是因为卫星轨道的频率资源是十分有限的,它是一个零和博弈。
        目前美国的starlink 和年初刚刚宣布破产,正在全球寻找金主并购的欧洲oneweb。两家公司其实都计划在2021年开始提供全球的服务,他们后面还排着队呢,有亚马逊的kuiper、 facebook的雅典娜、大加拿大的telesat 和开普勒等一众欧美公司在布局这个重要的赛道。这其中发展最领先的starlink目前已经发射了超过900颗的卫星,走出了小规模应用第一步,它的先发优势正在变得越来越明显。所以留给中国公司的时间并不多。我们的商业航天企业在过去的几年也在积极的进入这个市场。比如有专注微小卫星星座解决方案的天意研究院。还有比如在2022年前计划部署72个物联网卫星的九天微星,还有在年初就已经开始运营在轨互联网卫星的银河航天公司,中国的首个低轨道卫星物联网星座“天启星座”也计划在2021年年底部署完成。

        不过客观上来说,目前中国在低轨道卫星的建设速度还是比美国要缓慢得多。所以在这次的十四五规划文件里面,在第七条我们就把空天科技作为八个重点科研攻关的方向之一。而在第十二条又把航空航天纳入了九大战略新兴产业。不管是科研还是产业航空航天都在成为中国未来发展的一个关键所在。希望未来的五年,中国的低轨道卫星产业可以全面加速。当然了,航天产业也不止只有低轨道卫星,它是一个典型的长产业链行业。以商业航天为例,它的产业链就会被划分为材料、燃料元器件、卫星发射服务卫星研制地面设备制造、卫星运营、卫星应用等六大领域。而他们之间的关系是这样的。基础材料,燃料,比如金属推进器、芯片、电源面板、天线都是整个生态的基础。那么在这个基础之上呢,就会有卫星发射服务产业。我们熟悉的火箭研发和发射这类行为都发生了这个模块。那么除了发射卫星本身当然是需要研制的。这里面就包含了卫星软件设计,卫星硬件设计,还有卫星软硬件制造,卫星测控等等工作。
        那除了把卫星制造出来发射上天,对应的也需要地面相应的设备来跟卫星互动。所以就比如卫星电视天线。互联网中断卫星网络运营中心等等地面设备的制造产业。而有了制造、发射和地面基础设施,那么终于可以把卫星搞上天,可以运作了,也必然需要有接下来的运营产业。卫星的通讯导航、遥感数据都是有专门的运营公司来进行日常运作的。最后,当一个卫星被运营好了,他提供的能力就需要被进一步优化成行业和个人需要的服务嘛。卫星拍摄的照片就可以用来分析农业产量,卫星导航的能力,可以用来给我们汽车导航,而这些都会归入卫星应用产业。可以说整个航天产业其实比大多数人想象都要大。

        刘慈欣曾经在三体里面引用过王尔德的一句经典名言“人类都活在阴沟里,但是总得有人仰望星空”。1959年三年经济困难就让中国跌入了阴沟,当时的中国是一穷二白,内忧外患。在那三年,一方面事件经历了多次失败,另一方面很多航天科研人员吃不饱饭,营养不良,身体浮肿,但是大家却都发了疯似的坚持科研工作。因为所有的人心里都憋了一团火。你说中国要崛起了,中华要复兴那一个崛起的大国,它是不可能没有自己的火箭和卫星的。而一直到整整11年后的1970年,我国的第一颗人造卫星才成功上天,这个中间面对美国的层层技术封锁。那一代的中国科研人员到底经历了多少的艰辛,付出了多少心血,走了多少的弯路,恐怕是我们这些后辈无穷想象,陪伴着中国航天产业从零起步的那一代科技工作者。他们的痛苦和坚持也是中国很多产业从一穷二白艰难起家慢慢崛起的缩影。
        中国过往的每一个困难时刻总有那么一些人没有在残酷的现实下变得随波逐流。泥沙最像他们咬着牙,坚持着那一点点赤子之心,为了心中那一团火,十年如一日做着一些常人无法理解的“蠢事”,而正是这一件件的“蠢事”。最终却为这个国家打下了一个又一个产业的根基。他们的一生默默无闻,但他们的成就意义深刻。这群人也许才是中国能够不断创造发展奇迹背后最大的秘密。——志难挫,鹰击长空万里阔。力挽北斗,气吞日月,青山座座皆巍峨,壮心上下勇求索!

Tags: 航天  嫦娥5号  天空竞赛 

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